【摘 要】
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脑电信号作为一种重要的生理电信号,不仅反映了人体的健康状况,还为脑认知等领域的研究提供了重要参考依据。高信噪比和高分辨率脑电信号采集的关键在于脑电信号感知方法的抗干扰能力和灵敏度的高低。相比于电学方法,光学传感方法具有高抗干扰能力和高灵敏度的优势,这使得该方法在生理电信号检测领域具有良好的前景。由于脑电信号的超低信号幅值和高输入阻抗特征,现有光学方法存在灵敏度低、集成度低的缺点。为提高光学脑电感知
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脑电信号作为一种重要的生理电信号,不仅反映了人体的健康状况,还为脑认知等领域的研究提供了重要参考依据。高信噪比和高分辨率脑电信号采集的关键在于脑电信号感知方法的抗干扰能力和灵敏度的高低。相比于电学方法,光学传感方法具有高抗干扰能力和高灵敏度的优势,这使得该方法在生理电信号检测领域具有良好的前景。由于脑电信号的超低信号幅值和高输入阻抗特征,现有光学方法存在灵敏度低、集成度低的缺点。为提高光学脑电感知方法的性能,本文基于法诺（Fano）共振原理提出一种光子晶体侧耦合型脑电信号感知方法,实现高灵敏度采集脑电信号。具体研究内容包括:1.建立一种基于Fano共振原理的光子晶体侧耦合型脑电信号感知模型。利用时域耦合模理论推导了传感结构的传递函数,进一步结合电光聚合物的线性电光效应及光子晶体结构的慢光增强原理,理论分析了提出方法的工作机理。2.提出一种基于Fano共振原理的光子晶体侧耦合型微腔结构,该微腔结构包括一维光子晶体纳米梁谐振腔和侧面耦合的一维光子晶体波导。基于有效折射率理论和能带计算理论设计了该侧耦合型微腔结构;利用三维时域有限差分（3D-FDTD）算法仿真优化微腔结构参数,并分析其折射率传感性能。仿真结果表明,一维光子晶体纳米梁谐振腔的品质因子Q值为6975.350,模式体积V值为0.083（λ/n）~3;光子晶体侧耦合型微腔结构的折射率传感灵敏度S值最高为1295nm/RIU,品质因数FOM值最高为711.939。3.研究一种基于光子晶体侧耦合型微腔结构的电光传感机理。分析优化光子晶体侧耦合型微腔结构参数对光场、电场的影响,实现了光场与脑电场的高度重合,其重合因子达到0.102。利用Ansys Lumerical软件分析传感结构的脑电传感特性,仿真结果表明,脑电信号产生的电场可被集中在狭小的狭缝区域,电压传感灵敏度最高达到144.960nm/V,能实现10μV及以下脑电信号感知。
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